Viele von uns werden sich wahrscheinlich an ihre Schulzeit zurückerinnern können. An die eine Schulstunde, in welcher wir mithilfe einer Kartoffel oder einer Zitrone ein Lämpchen zum Leuchten brachten. Ziemlich aufregend…, damals zumindest. Dass dies unter bestimmten Umständen auch mit Cannabis möglich ist, wusste die Mehrheit von uns damals nicht, und auch heute gehört diese Art der Stromerzeugung eher zu den zukunftsorientierten Möglichkeiten. Dennoch, die Möglichkeit ist gegeben und Cannabis ist dabei noch zu wesentliche höheren Energieleistungen im Standen als etwa eine Zitrone oder die beliebte Kartoffel.
Das Prinzip der Superkondensatoren
Die Schulzeit liegt bei den meisten die das lesen bereits einige Zeit zurück. Daher möchten wir unser Physikwissen nochmal ein wenig auffrischen. Ein Kondensator besteht im Grunde aus zwei Metallplatten oder Leitern, die wiederum durch einen Isolator wie Luft, eine Kunststofffolie oder Keramik getrennt sind. Wird ein solcher Kondensator geladen, lösen sich die Elektroden von der einen Platte und sammeln sich auf der anderen. Der Superkondensator ist also nichts anderes als ein Energiespeicher. Wird dieser Energiespeicher nun mit zwei Elektroden verbunden, wird in Folge die elektrische Energie aufgestaut, wodurch ein Energiefeld entsteht. Dieses kann im Anschluss dann in Form von Elektrizität freigesetzt werden.
Vergleichen wir die herkömmlichen Superkondensatoren mit den Akkus und Batterien der heutigen Zeit in der gleichen Größenordnung, erkennen wir, dass Superkondensatoren zwar über weitaus weniger Energie verfügen, im Gegenzug aber wesentlich schneller ge- und entladen werden. Angesichts dessen werden diese Art von Energiespeicher vorranging als Schaltungen oder Sicherungen, sowie bei der Energierückgewinnung angewendet. Wir finden sie unter anderem in Smartphones und der Fahrzeugtechnik.
Der erste Doppelschichtkondensator wurde erstmals in den 1990er-Jahren Nippon Electric Company (NEC) unter dem Namen „Supercapacitor“ entwickelt und prägte somit den heutigen Begriff Superkondensator.
Münchner Professor entwickelt Material, das Superkondensatoren noch leistungsfähiger macht
Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithiumionen-Akkus schwächeln Superkondensatoren bei der Energiedichte. So müssen sie viel größer sein, um die gleiche Menge Energie speichern zu können, wie Akkus. Lithiumionen-Akkus etwa erreichen eine Energiedichte von etwa 265 Wattstunden pro Kilogramm, während bisherige Superkondensatoren nur etwa ein Zehntel davon erreichen. Ein Forschungsteam um Professor Roland Fischer von der Technischen Universität München hat jetzt allerdings ein Material entwickelt, welches die herkömmlichen Superkondensatoren noch leistungsfähiger macht. Damit könnten die uns bekannten Akkus ergänzt oder sogar völlig ersetzt werden.
So erreicht der neue Superkondensator der TU München 73 Wattstunden pro Kilogramm, also fast dreimal so viel wie herkömmliche Superkondensatoren, aber immer noch deutlich weniger als die gängigen Lithiumionen-Akkus, wie wir sie beispielsweise aus Smartphones kennen. Der neue Superkondensator punktet aber nicht nur mit seiner deutlich höheren Energiedichte, sondern hält auch sichtbar länger als die bisherigen Modelle. Für den Erfolg des neuen Superkondensators sorgt das neue Material für die positive Elektrode – ein Graphen-Hybridmaterial.
Wie umweltfreundlich sind Superkondensatoren?
Das klingt alles ganz großartig, aber wie steht es um die Umweltfreundlichkeit eines solchen Superkondensators? Laut des Entwicklerteams des neuen Superkondensators sei dieser neben seiner Leistungsfähigkeit zumindest nachhaltiger als herkömmliche Superkondensatoren, Batterien und Akkus. Batterien etwa sind enorm ineffizient, da allein die Herstellung einer solchen bereits mehr Energie verbraucht wird, als sie später liefert. Auch Akkus sind alles andere als nachhaltig und umweltfreundlich. Diese basieren nämlich hauptsächlich auf Lithium, welches bei seiner Gewinnung enorme Schäden anrichtet. Abgebaut wird es nämlich hauptsächlich in Salzseen in Südamerika. Hierfür wird enorm viel Wasser benötigt, was wiederum dazu führt, dass das Wasser in der Region für Menschen und Landwirtschaft immer knapper wird.
Das ist aber nicht alles, denn die allgemeine Auswirkung fossiler Energieträger auf unsere Umwelt ist verehrend. So stellen der Klimawandel und die damit einhergehende Erderwärmung ein großes Problem in Folge der Verwendung fossiler Brennstoffe dar. Angetrieben wird die Erderwärmung nämlich unter anderem durch den vermehrten Ausstoß von Treibhausgasen, darunter CO₂ und Methan. In Bezug auf die fossilen Energieträger spielt es kaum eine Rolle, ob Öl, Kohle oder Gas – alle fossilen Energieträger enthalten Kohlenstoff, welcher sich beim Verbrennen mit Sauerstoff verbindet und als CO₂ in der Atmosphäre anreichert. Kohle ist dabei die schmutzigste Energiequelle.
Hanf-basierte Superkondensatoren, geht das?
Nachhaltiger ist schon mal ein guter Anfang, aber noch nicht genug. Daher haben sich Forscher der Untersuchung von Cannabis bezüglich der Stromerzeugung gewidmet und in diversen simplen Verfahren herausgefunden, dass Hanf, wenn es unter anderem gekocht wird, die Kohlenstoffstruktur seiner Hanffasern der von Graphen angleichen kann. Die physikalischen Eigenschaften des Hanf-basierten Pseudo-Graphens ähneln dabei dem des Originals: So kann beispielsweise mithilfe eines Elektrolyts (z. B. Säure oder Kochsalzlösung) elektrische Energie geleitet, gespeichert und anschließend wieder freigesetzt werden.
Leider findet die grüne Göttin bisher noch kaum Verwendung in der Elektroindustrie. Die Forschungserfolge lassen jedoch darauf hoffen, dass sich das in naher Zukunft ändern dürfte. Denn nicht nur die Herstellung ist durch den nachwachsenden Rohstoff enorm effizient, auch der elektrische Wirkungsgrad von Hanf-basierten Superkondensatoren ist bis zu 200 % höher als bei Kondensatoren aus derzeitigen Materialien.
Französisches Start-up macht Hanf zu Strom
Die Franzosen sind uns bezüglich der Stromgewinnung mittels Hanf einen Schritt voraus und mit dem Erfolg des Startup-Unternehmens Qairos Energies seht dem Land der Liebe, eine grüne Zukunft bevor. Die Vision des Start-ups – Wasserstoff durch Biomasse. So will Frankreich bis 2030 mit Wasserstoff 10 bis 12 Megatonnen CO₂ einsparen. Weshalb das Projekt durch den Staat auch mit 100 Millionen Euro unterstützt wird. Experten sind sich einig, dass die Wasserstoffmobilität für die Erreichung der Klimaschutzziele dringend erforderlich ist. So gilt die Elektrisierung der Verkehrsantriebe durch Wasserstoff als Schlüsseltechnologie. Außerdem kann Wasserstoff regional hergestellt werden, wodurch auf internationale Lieferanten verzichtet werden kann. Ferner werden Arbeitsplätze an dem Ort geschaffen, wo die Energie auch verbraucht wird.
Das Problem: Wasserstoff ist keine anzapfbare Ressource und muss erst einmal produziert werden. Wird der Wasserstoff aber wie bisher mithilfe fossiler Brennstoffe hergestellt, ist am Ende gar nichts gewonnen. Und genau hier setzt das Start-up Unternehmen an. Qairos Energies möchte grünen Wasserstoff herstellen. Die herkömmliche Herstellungsart mittels Elektrolyse des Wassers durch Windkraftanlagen oder Sonnenkollektoren hat zur Folge, dass der Wasserstoff nur dort hergestellt werden kann, wo diese Kraftwerke auch stehen. Durch die Verwendung landwirtschaftlicher Biomasse hingegen, ist die Abhängigkeit vom Standort nicht gegeben, denn landwirtschaftliche Biomasse ist überall verfügbar. Dabei handelt es sich jedoch nicht um Mais oder andere Getreiderosten, denn das Start-up setzt ganz bewusst auf Hanf!
Cannabis für eine grüne Zukunft
Die Nutzpflanze Hanf als nachwachsender Rohstoff stellt für industrielle Prozesse der Zukunft ein immer wichtigeres Fundament dar. So kann die Pflanze die Region mit zahlreichen Grundstoffen versorgen und auch diverse Industriezweige befinden sich dadurch im grünen Aufbau. So wäre es in naher Zukunft möglich eine wahre Wertschöpfungskette entstehen zu lassen, die Menschen in der Region viele Arbeitsplätze und innovative Produkte bringt.
Ein Beispiel: Eine einzige landwirtschaftliche Anlage zur Erzeugung von hanfbasiertem Wasserstoff aus Hanf Biomasse kann so viel Energie liefern, wie 10.000 Haushalte in einem Jahr verbrauchen – oder das Kraftstoff äquivalent: so viel, wie 12.700 Diesel-Pkw für ein Jahr benötigen. Außerdem sind grüne Wasserstoffproduktionseinheiten aus landwirtschaftlicher Biomasse anpassungsfähig und können somit dupliziert werden. So können diese bei Bedarf eingesetzt werden, um die Bedürfnisse des Energiewandels in den Regionen zu erfüllen.
Quellen:
https://www.mdr.de/wissen/faszination-technik/neuer-superkondensator-tu-muenchen-100.html
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